荊州西門子PLC代理商

新的設計*避免了CPU重啟時帶來的增塑劑積累過慢的問題、減少了廢品數(shù)量，因此這樣的設計不會影響正常生產狀況時增塑劑含量的穩(wěn)定性?！　?nbsp;
(2) 對濾棒剔除支數(shù)的計算策略
在纖維濾棒成型機的生產中，為保證濾棒質量，每當速度低于一定的設定值時，機組就會剔除此時的濾棒。此時機組的速度是不斷變化的，按通常方式無法計算出具體的剔除支數(shù)。這對統(tǒng)計生產效率帶來了相當?shù)睦щy?！　?nbsp;
筆者可以得到動態(tài)的車速反饋，但這條反饋曲線是不斷波動和變化的非線性曲線。對于非線性曲線，數(shù)學上只能夠采用面積積分求解的計算方法。對于此項目就是要求給出一定時間內主電機的圓周行程，即機組一段時間內所生產的濾棒長度?！?nbsp;
從這一角度出發(fā)，筆者考慮采用了對車速進行模擬積分的計算方法，即從積分的基本定義出發(fā)，求出剔除時間內的濾棒生產長度L=Σ(Δv*Δt)，再除以單個濾棒長度得剔除支數(shù)的計算方法?！　?nbsp;
按照積分的定義要求，積分求解是在一定條件下才能夠成立。這個條件就是Δt要足夠的小即Δt→0。在實際過程中，近似認為Δt=20ms時可以滿足條件。此時，計算得出的濾棒支數(shù)與實際濾棒支數(shù)的誤差在±3支以內。在精度上，以高生產速度3300支/分鐘計（此時濾棒長度為120mm），±3支的精度是*可以滿足精度要求。所以筆者認為只要將Δt控制在20ms時就可以滿足積分求解的條件。　　 
原系統(tǒng)的PLC掃描一周的時間高達幾十毫秒，顯然不滿足要求。而此項目采用的S7-315-2DP，其單指令掃描周期為10μs級、整個掃描周期被縮短為7~8ms，這樣就滿足了積分計算的要求。　　 
(3) 對拼接紙圈的控制策略
改造之前，纖維濾棒成型機執(zhí)行的是降低運行速度再進行紙圈拼接。這種降速接紙方式對實際生產是不利的：每次降速都會造成車速的大幅度變化，影響了濾棒的質量。為消除這種影響，筆者采用了不降速拼接的方法?！　?nbsp;
不降速拼接和降速拼接并沒有本質的區(qū)別：兩者采用的接紙動作一樣，兩者只是在機械結構和電氣控制元件上有區(qū)別。接紙速度的提高勢必使紙圈的靜摩擦力同等上升。如果轉速斜坡率過高會產生很大的靜摩擦力，該力會撕裂紙圈。如果轉速斜坡率過低，拼接時的紙圈浪費將增加。　　 
為避免煩瑣，該項目放棄變頻器對接紙電機轉速的分段控制。為求出靜摩擦力和紙圈長度兩者之間的優(yōu)控制，筆者對接紙電機上升時間采取優(yōu)篩選法。通過優(yōu)篩選法得到的電機上升時間大約為3.4s。考慮到生產情況及電磁閥等器件的時滯效應，將這一時間進一步放寬為3.5s?！　?nbsp;
3 程序設計　　 
程序設計采用了結構化設計，將所需實現(xiàn)的各主要功能編制成為S7-300中的用戶功能塊（FC塊），在主程序循環(huán)模塊（組織塊OB1）中調用這些已經編制好的子程序?！　?nbsp;
程序設計分成硬件設計和軟件設計兩方面。在硬件方面針對系統(tǒng)要求進行設計，在軟件方面則按需要編制了速度計算模塊、報警和故障模塊、伺服電機執(zhí)行模塊、增塑劑執(zhí)行模塊、生產統(tǒng)計計算模塊等FC塊和預設、保持系統(tǒng)及生產數(shù)據的數(shù)據塊DB塊?！　?nbsp;
(1) 硬件設計與組態(tài)
本系統(tǒng)在S7-300的硬件方面采用了1塊PS307 5A電源模塊，1塊CPU-315-2DP，4塊24V/0V SM321數(shù)字量輸入模塊，3塊24V/0.5A SM322數(shù)字量輸出模塊，1塊FM352-2高速計數(shù)模塊，2塊SM331模擬量輸入模塊，1塊SM332模擬量輸出模塊以及用于DP總線通訊的IM153-1通訊模塊1塊。　　 
S7-300外圍設備為5個伺服電機的DP通訊端。　　 
對上述硬件按要求進行組態(tài)，分別占據Profibus-DP通訊端的2、3~7和9號站，具體硬件組態(tài)如圖3所示。　　 
(2) 軟件設計
由于編制的用戶功能模塊很多，限于篇幅，在這里不能一一作出介紹。以下介紹幾個比較重要的用戶功能模塊。　　 
① 數(shù)據塊組（Group of Data-Blocks）
數(shù)據塊組由一系列數(shù)據塊組成。這些數(shù)據塊除了一部分是S7-300程序中FB（功能塊的一種）所要求的之外，其他的數(shù)據塊都是用戶自定義的。這是因為生產中機組的一些系統(tǒng)和生產數(shù)據必須被預設或保存。由于S7-300內部保持型M區(qū)的保存數(shù)量相對不足，例如：CPU315-2DP中整個可使用的M區(qū)的容量僅1024Bytes。同時，程序運行中所大量使用中間參數(shù)也需要不可重復的地址空間，所以將大部分的數(shù)據（特別是在觸摸屏上顯示的參數(shù)）編制成保持型DB塊?！　　?nbsp;
② 速度計算模塊(FC for Speed)
雖然機組的高生產能力為400m/min，但是在許多煙廠并不需要一直運行在高速度下。該項目提供可從觸摸屏上選擇5檔不同的車速系統(tǒng)，本模塊就是將無序設定的參數(shù)按由大到小的方式降序排列，并在觸摸屏上以這種次序顯示出來。在程序內部，本模塊會進行數(shù)據轉換并將轉換后的數(shù)據提供給伺服電機執(zhí)行模塊　　 　　 ③ 伺服電機執(zhí)行模塊(FC for Servo-Motor)
在得到速度計算模塊和一些其他模塊（如開松輥參數(shù)模塊等）的數(shù)據后，伺服電機執(zhí)行模塊會向對應的伺服控制塊發(fā)出指令和接收伺服電機狀態(tài)參數(shù)。指令包括伺服控制字、車速命令、快停命令、上升時間和下降時間等，狀態(tài)參數(shù)包括電機當前運行速度等。這些指令和參數(shù)通過過程通道和參數(shù)通道兩種方式控制“一主三從"共計4個伺服電機?！　?nbsp;
④ 增塑劑執(zhí)行模塊(FC for Glyceride-Motor)
控制增塑劑的伺服電機是相對獨立于其他伺服電機，控制結構類似于主電機。增塑劑執(zhí)行模塊通過內部計算得到增塑劑伺服電機的運行速度。同時，由于存在增塑劑軟件補償?shù)膯栴}，所以高速和低速運行的參數(shù)為不同的兩組參數(shù)，程序按設置發(fā)送。這是這個模塊區(qū)別于伺服電機執(zhí)行模塊的地方。　 
⑤ 生產統(tǒng)計計算模塊(FC for Statistics)
由于要在生產中向工作人員提供實時的生產狀況，所以編制了這個功能塊，這樣就可以通過多次反復調用FC205來得到各班次的生產狀況。這樣節(jié)約了編程的時間和工作量，也同時減少了程序編寫出錯的隱患。 
4 結語　　 
該控制系統(tǒng)全面提高了纖維濾棒成型機組的總體性能，控制功能得到完善和提升。將舊的交流變頻控制系統(tǒng)升級為由S7-300控制下交流伺服系統(tǒng)，使KDF2型纖維濾棒成型機具有新的競爭力?！　?nbsp;
考慮到今后煙廠信息集成化和網絡化數(shù)據采集的需要，這里使用的S7-300已經預留了數(shù)據采集端口，在程序中也進行了相應的處理。這無疑又增強了機組的生命力。

西門子S7-400HPLC在PROFIBUS網絡系統(tǒng)中的應用

文中用西門子S7-400HPLC完成聯(lián)鎖功能，構成PROFIBUS-DP/MPI分布式網絡系統(tǒng)，這樣整個聯(lián)鎖系統(tǒng)安全可靠。通過介紹DP/MPI網的概念和實現(xiàn)，結合唐山鋼鐵公司焦化站聯(lián)鎖實例，著重闡明用PLC實現(xiàn)DP/MPI網絡，以解決該聯(lián)鎖系統(tǒng)中分布式輸入輸出等。經現(xiàn)場調試、安裝，整個網絡運行良好，安全可靠地實現(xiàn)和完成車站信號聯(lián)鎖系統(tǒng)的聯(lián)鎖功能，應用前景很好。

引言

車站聯(lián)鎖系統(tǒng)是鐵路信號系統(tǒng)中的一個重要組成部分，它的主要任務是控制車站中的信號機和道岔，并且對信號燈狀態(tài)進行處理和對進路進行選擇等。隨著鐵路信號系統(tǒng)的信息化發(fā)展，微機聯(lián)鎖系統(tǒng)必然取代舊式的電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)。

就國內外現(xiàn)狀來看，大多采用上、下位機的辦法來實現(xiàn)對車站信號的控制；有些微機聯(lián)鎖系統(tǒng)中，下位機主要實現(xiàn)數(shù)據的采集、命令發(fā)送、數(shù)據輸出等，而把主要的聯(lián)鎖功能置于上位機，這樣一來，上位機負擔太重，一旦上位機產生故障，不能保證系統(tǒng)的安全性、可靠性。如果能夠將聯(lián)鎖功能塊置于下位機，而且下位機安全性、可靠性比較高，那么整個系統(tǒng)

的安全性、可靠性就能夠得到有效保證。

在以前的微機聯(lián)鎖系統(tǒng)中，用工業(yè)控制機作為下位機，實現(xiàn)聯(lián)鎖功能，但不能保證系統(tǒng)冗余，這樣就不能保證整個系統(tǒng)的安全性、可靠性。因此，就要不斷更新和研究，尋求更完善的、更可靠的硬件、軟件環(huán)境，以提高系統(tǒng)性能和安全系數(shù)。用西門子PLC完成聯(lián)鎖功能，構成PROFIBUS-DP/MPI分布式網絡系統(tǒng)，這樣整個聯(lián)鎖系統(tǒng)安全可靠。

PROFIBUS現(xiàn)場總線技術是隨全數(shù)字信號系統(tǒng)的發(fā)展而產生的，是由德國組織開發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準——PROFIBUS現(xiàn)場總線標準(DIN19254)。

PROFIBUS是近年來上為流行的現(xiàn)場總線，也是目前數(shù)據傳輸率快的一種現(xiàn)場總線(傳輸率可達12M波特)，因此在很多領域內廣泛應用。它是不依賴于生產廠家的、開放式的現(xiàn)場總線，各種各樣的自動化設備均可通過同樣的接換信息。

PROFIBUS-DP(DistributedI/OS-分布系統(tǒng))是一種經過優(yōu)化的模塊，有比較高的數(shù)據傳輸率，適用于系統(tǒng)和外部設備之間的通信，遠程I/O系統(tǒng)尤為適合。它允許高速度周期性的小批量數(shù)據通信，適用于對時間要求比較高的自動化場合。

筆者將以S7-400HPLC為例，結合其在鐵路信號中的應用，探討實現(xiàn)PROFIBUS-DP/MPI網絡系統(tǒng)原理和方法。

PROFIBUS-DP/MPI網的性質和特點

PROFIBUS-DP適用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。除周期性用戶數(shù)據傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理等。

DP網的協(xié)議結構

PROFIBUS定義了各種數(shù)據設備連接的串行現(xiàn)場總線的技術和功能特性，這些數(shù)據設備可以從底層(如傳感器、執(zhí)行器層)到中間層(如車間層)廣泛分布。

PROFIBUS連接的系統(tǒng)由主站和從站組成。主站一般要復雜些；從站為簡單的外圍設備，典型的從站為傳感器、執(zhí)行器及變送器，它們沒有總線控制權，僅對接收到的信息給予回答，或者主站發(fā)出請求時回送給主站相應信息。因此，從站只需要協(xié)議的一小部分，實現(xiàn)起來非常方便。

PROFIBUS協(xié)議結構是根據ISO7498標準，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網絡(Open System Interconnection，OSI)作為參考模型，該模型共有7層，PROFIBUS-DP定義了其中的、二層和用戶接口。第3到7層未加描述。

圖1為ISO/OSI參考模型與PROFIBUS體系結構比較。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。物理層采用EIARS-485雙絞線或光纖，連接器采用RS-485標準的9針D型插座。數(shù)據鏈路層提供了介質存取控制功能、數(shù)據的完整性檢查以及傳輸執(zhí)行的協(xié)議，在PROFIBUS中稱第2層為現(xiàn)場總線數(shù)據鏈路(FDL)(包括介質訪問存取控制(MAC)子層、現(xiàn)場總線鏈路控制(FLC)子層、現(xiàn)場總線管理(FMA1/2)子層)，采用混合介質存取協(xié)議，對應于DIN(E)19245，支持單主或多主系統(tǒng)，主或從設備，大站數(shù)為126。它包括主站之間的數(shù)據傳輸?shù)牧钆骗h(huán)方式和從站之間的主-從方式。PROFIBUS第7層包括底層接口(LLI)、現(xiàn)場總線信息規(guī)范(FMS)和現(xiàn)場總線管理(FMA7)。

圖1　ISO/OSI參考模型與PROFIBUS體系結構比較

圖2為PROFIBUS-DP數(shù)據傳輸示意圖，即主站發(fā)送請求，訪問DP從站，其中包括幀格式；從站收到請求信息后，立即響應主站，并回送響應幀。

圖2　PROFIBUS-DP用戶數(shù)據傳輸

S7-1200和S7-1500指令的比較

下圖是博途的STEP7 V12幫助中的指令概覽?？梢钥闯?，S7-1200和S7-1500的指令是兼容的，S7-1200的指令是S7-1500的指令的子集?？梢哉J為S7-1200是精簡版的S7-1500。如果暫時沒有條件使用S7-1500，可以先使用S7-1200，為今后使用S7-1500打下基礎。

1．可用的編程語言

S7-1500和S7-1200都能使用梯形圖（LAD）、功能塊圖（FBD）和結構化控制語言（SCL）語言。為了和S7-300/400兼容，S7-1500還可以使用STL語言。

2．指令的比較

1）S7-1500的基本指令比S7-1200多9條指令。

2）擴展指令中只有S7-1500有PROFIenergy（使用 PROFINET 進行能源管理）指令。此外S7-1500比S7-1200多11條指令。

3）“技術"類指令S7-1500比S7-1200多5條高速計數(shù)器指令。

4）“通信"類指令S7-1200比S7-1500多3條發(fā)送電子郵件的指令。

S7-1200 間接尋址指令的應用

S7-1200的間接尋址需要通過數(shù)據塊中的數(shù)組來實現(xiàn)。指令FieldRead通過索引（又稱為下標）變量從數(shù)組中讀取數(shù)值，指令FieldWrite 通過索引變量向數(shù)組中寫數(shù)值，使用這兩條指令可以實現(xiàn)間接尋址。

索引變量是間接尋址中的地址指針，它的值是要讀寫的數(shù)組元素的索引值。地址指針就像收音機調臺的指針，改變指針的位置，指針指向不同電臺。改變地址指針中的索引值，指針“指向"數(shù)組不同的元素。間接尋址的優(yōu)點是可以在程序處理期間，通過改變指針的值動態(tài)地修改指令中的地址。

首先生成一個名為“數(shù)據塊1"的全局數(shù)據塊DB2，在數(shù)據塊中生成名為“數(shù)組1"的數(shù)組Array[1..10] of Int，其元素的數(shù)據類型為Int。

這兩條指令沒有列入指令列表和指令列表，編程時將收藏夾中的空邏輯框插入程序，點擊其中紅色的“??"，打開下拉式列表框，可以看到列表框底部的指令FieldWrite或FieldRead。點擊生成的指令框中的“???"，用列表設置要寫入或讀取的數(shù)據類型為Int（見下圖）。兩條指令的參數(shù)MEMBER的實參必須是數(shù)組的個元素“數(shù)據塊1".數(shù)組1[1]。

指令的輸入參數(shù)索引值“INDEX"是要讀寫的數(shù)組中的元素的下標，數(shù)據類型為DINT（雙整數(shù)）。參數(shù)“VALUE"是要寫入數(shù)組元素的值或要讀取的數(shù)組元素的值。

下圖中的FieldWrite指令將常數(shù)25寫入數(shù)組1中的元素“數(shù)組1[3]"。FieldRead指令讀取數(shù)組元素“數(shù)組1[3]"的值，將它保存到MW20。改變INDEX的值，可以讀寫別的數(shù)組元素的值。

 在 S7-1500 自動化系統(tǒng)中，必須區(qū)分以下兩種不同電源：

    = 系統(tǒng)電源 (PS)

   系統(tǒng)電源連接到背板總線（U 型連接器）并專門為背板總線提供內部所需的系統(tǒng)電壓。這種系統(tǒng)電壓將為模塊電子元件和 LED 指示燈供電。 CPU 或接口模塊未連接到24 VDC 負載電流電源時，系統(tǒng)電源還可以為其供電。

    = 負載電流電源 (PM)

    負載電流電源為模塊的輸入/輸出電路以及傳感器和執(zhí)行器進行供電。 此外，在某些情況下還需要使用負載電流電源為 CPU 和系統(tǒng)電源提供 24 VDC 電壓。 在通過系統(tǒng)電源為背板總線提供電壓時，可選擇為 CPU 提供 24 VDC 電壓。

    = 各個模塊用電功率的自動診斷

   有了這個功能，能夠讓我們方便的了解到系統(tǒng)的電源配置的科學性和合理性，這個功能集成在博途軟件中，需要和S7-1500配合使用。

Figure9模塊用電功率的自動診斷

    = 機架支持的模塊數(shù)量

    S7-1500機架可以支持32個模塊，同時為了保證所有的模塊都能夠可靠的接受供電，S7-1500機架支持3組的電源分段。以前S7-300系統(tǒng)機架只支持8個信號模塊的時代已經一去不復返了。

圖 1 ET200SP系統(tǒng)組成

一個典型的BaseUnit如下圖所示：  電 話：（同號）

圖 2 BaseUnit及其接線端子

BaseUnit根據功能不同可分為多種類型，包括A0，A1，B0，C0，D0等幾大類。

A0：適用于數(shù)字量模塊，通訊模塊，以及部分模擬量模塊；

A1：帶有內置溫度測量，適用于模擬量模塊；

B0：適用于繼電器模塊；

C0：適用于AS-i主站模塊；

D0：適用于電能測量模塊；

其分類及參考示例見下表：